油膜厚度的超声测量方法及氮化铝压电薄膜的制备

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1、中图分类号：TH11TB551论文编号：102870515-S140学科分类号：080203硕士学位论文油膜厚度的超声测量方法及氮化铝压电薄膜的制备研究生姓名郭思宁学科、专业机械设计及理论研究方向现代润滑理论指导教师马希直副教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringTheMethodofUltras

2、onicOil-filmThicknessMeasurementandTheFabricationoftheAluminumNitridePiezoelectricThinFilmAThesisinMechanicaldesignandtheorybyGuoSiningAdvisedbyProf.MaXizhiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学

3、位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要润滑对于机器很重要，润滑油膜可以降低接触零件间因相互运动造成的摩擦和磨损，这层油膜通常很薄，当油膜失效时，接触表面会急

4、剧升温并加速磨损，最终导致机器不能正常工作。因此在线监测油膜厚度并及时预警有着重要的工程实际意义。与电学法和光学法相比，超声测量法没有电隔离和透光的限制，因此有良好的应用前景。但传统测量使用的换能器较为笨重，需要通过在工件表面打孔的方式进行固定。本文对超声波油膜厚度测量方法进行了研究，研究使用磁控溅射法，将AlN压电薄膜沉积在工件表面，实现油膜厚度的非侵入性测量。根据垂直入射声波在三层介质中传播的相关理论，建立不同油膜厚度测量的谐振模型和弹簧模型。通过对两种模型进行比较，求得反射系数、声波频率及膜厚的关系，得出不

5、同模型在膜厚测量中的适用范围。采用反应磁控溅射的方法在不锈钢上沉积AlN薄膜。设计了AlN薄膜的制备过程，并研究改变溅射功率、基底温度、氮气流量比等工艺条件对AlN薄膜生长的影响。使用X射线衍射仪(XRD)对薄膜结构进行表征，用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌。结果表明增加溅射功率、将N2的浓度控制在30~70%，降低基底的粗糙度等方法有助于取向性AlN薄膜的生长。关键字：超声波测量，油膜厚度，反射系数，AlN薄膜，磁控溅射本文得到了国家自然科学基金(基金号No.51475229)的资助IABSTRACTL

6、ubricantisveryimportantformachine.Frictionandwear,causedbyrelativemovementoftwocontactingparts,canbereducedbylubricantoil-film.Thisoil-filmisverythin.Ifitcollapses,heatingandwearofthecontactingcomponentsacceleratedramaticallyandmachinescannotworkatlast.Soitis

7、importanttomonitoron-linetheoil-filmthicknessandgiveanearlywarningbeforemachineelementsdamageoccurs.Incomparisonwithelectricalmethodsandopticalmethods,theultrasoundmethodremovestherequirementofelectricalisolationandtransparencyandsoithasagoodprospect.However,

8、thesepreviousmeasurementsusedabulkytransducer.Thisnecessitatedaholetobedrilledintheworkpiecetolocatethetransducer.Thispaperfocusesontheultrasonicmeasurementmethod.Andapiezoelectricaluminu